Desenvolvimento de um videogame de realidade virtual para simular correntes de rip

Resumo

As correntes de rasgo estão entre os mais mortais perigos meteorológicos dos Estados Unidos. A fim de demonstrar as ações adequadas a tomar quando pego em uma corrente de rasgo de forma memorável e envolvente, um jogo de realidade virtual é desenvolvido.

Resumo

Os banhistas nos Estados Unidos enfrentam muitos perigos diferentes, mas as correntes de rasgo são anualmente as mais mortais para os nadadores oceânicos. Apesar do risco apresentado pelas correntes de rasgo, é evidente que o público tem uma compreensão limitada de seu perigo e das ações mitigadoras adequadas a serem tomadas quando pegos em um. Um videogame de realidade virtual (VR) que coloca os participantes em uma corrente de rasgo simulado foi desenvolvido para ajudar a amenizar esse problema. O jogo VR foi usado para pesquisar banhistas na costa atlântica de Long Island, Nova York durante julho e agosto de 2019. As ações que os participantes tomaram quando confrontados com a corrente de rasgo foram registradas, juntamente com se eles escaparam ou se afogaram. Uma entrevista com cada jogador também foi realizada depois que eles participaram do jogo para determinar o realismo da simulação atual de rip e sua eficácia em demonstrar ações adequadas a tomar quando impactadas por um. A análise desses resultados indica que a VR tem potencial para comunicar risco atual de rasgo e formas de minimizá-lo de forma única e envolvente. No entanto, mais trabalhos são necessários para melhorar a facilidade de uso da simulação vr e entender melhor como fatores como a demografia influenciam o risco atual percebido e a resposta comportamental.

Introdução

As correntes de rasgo são "fluxos de água fortes e estreitos que se estendem para longe da praia^1." Correntes de rasgo podem ocorrer comumente em qualquer praia com ondas quebrando e podem transportar nadadores rapidamente para longe da costa. Correntes de rasgo perigosas podem ocorrer em dias de praia aparentemente 'seguros' com alturas de ondas de apenas 2 a 3 pés², e assim podem surpreender os nadadores, pois eles são transportados a uma distância considerável da costa. Isso coloca os nadadores em risco de pânico, exaustão e até afogamento. Como resultado, as correntes de rasgo são uma das principais causas de mortes climáticas nos Estados Unidos. Por exemplo, em 2018, 71 mortes foram atribuídas a correntes de rasgo, e para o período de 10 anos 2009-2018, uma média de 58 indivíduos pereceu a cada ano³. As correntes de rasgo são o principal perigo para os banhistas; em 2018, as mortes atuais de rasgo representaram 65% de todas as mortes na "zona do surfe" nos Estados Unidos. Parece haver algum controle demográfico sobre a vulnerabilidade atual do rasgo, como um estudo descobriu que os homens são mais de seis vezes mais propensos do que as mulheres a se afogarem das correntes de rasgo do que as fêmeas⁴. Além disso, pesquisas adicionais descobriram que usuários de praia pouco frequentes são mais propensos a fazer escolhas de segurança nas praias mais pobres⁵ e que os não-locais são consideravelmente mais propensos do que os locais a sofrer lesões na zona de surfe^6,,7.

No entanto, apesar de seu lugar entre os mais mortais perigos climáticos nos Estados Unidos, as correntes de rasgo são mal compreendidas pelo público. Uma pesquisa com 392 usuários de praia pública no Texas determinou que apenas 13% poderiam identificar corretamente uma corrente de rasgo a partir de fotografias apresentadas a eles⁸, enquanto resultados semelhantes foram encontrados em estudos realizados em Pensacola Beach, Flórida⁹ (15%) e Miami Beach, Flórida¹⁰ (27%). De forma mais ampla, Houser et al (2017)⁵ realizaram uma pesquisa baseada na Internet com 1622 entrevistados em 49 dos 50 estados dos EUA e descobriram que 54% dos participantes relataram corretamente uma ação a tomar quando pegos em uma corrente de rasgo. No entanto, a natureza auto-selecionada da amostra da pesquisa ditou que apenas 10% da amostra era pouco frequente usuários de praia, que são mais vulneráveis a correntes rasgadas e foram mostrados na pesquisa para possuir menos conhecimento do que fazer em um.

É evidente que as correntes de rasgo apresentam um desafio único, uma vez que são mal compreendidas pelo público, podem ocorrer de repente em pequenas escalas com aviso mínimo ou não prévio, podendo resultar em morte. Assim, novas abordagens são necessárias para enfrentar esse desafio de segurança pública. A tecnologia imersiva, como a realidade virtual (VR), fornece uma abordagem inovadora para aumentar a alfabetização atual e incentivar o comportamento positivo sobre o impacto. Pesquisas anteriores indicaram que vr e tipos semelhantes de mídia imersiva são altamente eficazes na comunicação de informações. Vr é geralmente definida como uma experiência interativa que ocorre dentro de um ambiente simulado que incorpora feedback auditivo e visual, geralmente com a ajuda de um fone de ouvido. Um estudo recente¹¹ afirmou que a VR é uma tecnologia madura, adequada para auxiliar no processo de investigação científica. Além disso, outras pesquisas recentes¹² mostraram que quando os indivíduos leem uma história do New York Times com um suplemento vr, eles eram mais propensos a perceber a fonte como crível, recordar as informações apresentadas, compartilhá-la com outras pessoas e sentir uma conexão emocional, do que aqueles que lêem o artigo na mídia tradicional, com apenas texto e gráficos. Estudos adicionais^13,14 concluíram que a mídia imersiva promove a educação aumentando o engajamento e a aplicabilidade do mundo real de um tema. Mais recentemente, os pesquisadores¹⁵ aproveitaram o VR para simular um landfall de furacão de categoria 3 e determinaram que os respondentes da pesquisa que visualizavam o VR eram significativamente mais propensos a considerar a evacuação do que aqueles que apenas visualizavam textos e produtos gráficos tradicionais. Apesar de sua utilidade clara, nenhum estudo ou iniciativas mostrou de forma abrangente como o VR pode ser efetivamente aplicado ao desafio único de treinar os usuários de praia a melhor localização e reação às correntes de rasgo. O presente trabalho preenche essa lacuna de pesquisa, primeiro ensinando os indivíduos a nadar e acenar em um ambiente virtual do oceano e, em seguida, avaliando como eles reagem ao início repentino e injustificado de uma corrente de rasgo. Os participantes foram treinados tanto na natação quanto acenando para obter ajuda, pois cada uma dessas ações são consideradas como respostas válidas quando pegos em uma corrente de rasgo^16,17, com condições particulares para um rasgo individual muitas vezes ditando qual ação pode ser mais eficaz na facilitação da fuga¹⁸. Nós imaginamos que a natureza realista e memorável de uma simulação atual de rasgo vr permitirá que os participantes tomem com sucesso a ação evasiva no jogo virtual e, em seguida, relatam que a experiência aprimorou seu conhecimento de risco e mitigação de rip current.

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Protocolo

Todos os métodos utilizados foram aprovados pelo Conselho de Pesquisa Institucional da Universidade Hofstra (IRB). O videogame VR desenvolvido foi usado para levantamento de 64 indivíduos.

NOTA: Os scripts foram escritos no idioma C# e estão disponíveis para download em: https://github.com/Jasebern/HofstraVR.

1. Criação de vr rip jogo atual: ambiente virtual e entrada/saída do usuário

1. Plataforma de desenvolvimento Open VR (por exemplo, Unity¹⁸). Este procedimento foi concluído em Unity 2018.3.1f1.
   1. Inicie um novo projeto 3D intitulado 'Rip Current'. Um projeto 3D contém uma ou várias cenas compostas por "objetos de jogo" que podem aparecer como objetos sólidos¹⁹. Scripts podem ser adicionados a objetos de jogo permitindo interatividade e mudanças em tempo real no ambiente. Este projeto conterá quatro cenas e inúmeros objetos de jogo.
   2. Abra a guia Unity Asset Store. Isso contém 'prefabs'-- coleções já criadas de objetos de jogos 2D e 3D e arquivos de áudio -- desenvolvidos por outros usuários que podem ser adicionados ao projeto²⁰.
   3. Importe o ativo 'Oculus Integration' da Unity Asset Store que fornece ativos fundamentais para o desenvolvimento de VR.
2. Crie a primeira cena nova: Menu Principal (Figura 1).
   1. Use ativos | Criar | Terrain Layer e, em seguida, adicionar coloração apropriada para criar um ativo de terreno verde montanhoso como um fundo atraente para a cena principal do menu.
   2. Use GameObject | UI | Tela para adicionar uma nova tela, intitulada Menu Principal,com uma caixa de texto para o título Simulação VR. Uma tela é um objeto de jogo que armazena texto e botões permitindo interação do usuário e eventos especificados na simulação com base nessa entrada⁴.
   3. Anexar scripts, escritos na linguagem C#, a um objeto de jogo. Adicione o script selecionando o objeto de jogo alvo desejado na hierarquia de cena. Em seguida, na guia Inspetor, selecione Adicionar componente | Novo script, e digite o título de roteiro desejado.
   4. Siga o procedimento acima para adicionar o script intitulado MainMenu à tela do Menu Principal.
      NOTA: Consulte a Tabela 1 para obter o título e a função de todos os scripts utilizados.
   5. Use GameObject | UI | Botão para adicionar quatro botões de texto à tela: Iniciar, Opções, Sobree Sair. Ligue para a função apropriada dos scripts MainMenu e MouseHover quando um botão for selecionado.
3. Crie a segunda cena nova: Teste de boia (Figura 2).
   1. Baixe o ativo Realistic Water da Unity Asset Store e adicione o pré-fabricado do Mar à cena.
      1. Adicione um arquivo de áudio de ondas oceânicas ao pré-fabricado do mar em loop. Adicionar na guia Inspetor selecionando Adicionar componente | Fonte de áudio.
   2. Use a ferramenta de camada de terreno acima para criar um Objeto de Jogo chamado Beach. Nas opções De Terreno na guia Inspetor, use a ferramenta Configurações de Terreno e Terreno para estilizar e colorir como areia.
   3. Baixe o pacote Standard Assets da Unity Asset Store e adicione o pré-fabricador do Jogador à cena. O pré-fabricador do Jogador inclui uma câmera que está incorporada dentro do Jogador, seguindo assim seus movimentos para criar a sensação de que o participante do jogo está controlando o Jogador.
      1. Como executado acima, adicione os scripts PlayerController, PlayerMotor, PlayerMotor2 e FloatObject ao pré-fabricador do Jogador. Esses scripts permitem que o participante do jogo controle o pré-fabricador do Jogador usando controladores Oculus VR.
      2. Adicione uma animação à Câmera selecionando Ativos | Criar | Controlador animador. Use a janela do animador para gravar uma animação da Câmera balançando para cima e para baixo e configurá-la para loop contínuo. Isso simula uma pessoa que se mantém à tona no oceano.
      3. Como realizado acima, adicione uma tela intitulada TextCanvas. Texto infantilCanvas para o Jogador arrastando-o para o Player na hierarquia. Um objeto de jogo infantil herda as propriedades de movimento e rotação do objeto do jogo pai. Adicione o texto "Nade através das boias" ao TextCanvas. Grave um arquivo de áudio lendo esse texto, adicione-o ao TextCanvas como realizado acima e configure-o para reproduzir no início da cena.
      4. Defina a localização do jogador navegando até a guia inspetor e ajustando as opções Posição nas opções Transformar. Defina a localização do jogador para X=-23.44, Y=1 e Z=5,97.
   4. Baixe o VR Hands e FP Arms Pack da Unity Asset Store e como acima criança o pré-fabricado 'FP_Character' para o Jogador. Isso permitirá que os braços se movam com o Jogador e também bob para cima e para baixo com a Câmera do Jogador.
      1. Escolha o pré-fabricado desejado selecionando-o na hierarquia e verificando a caixa ao lado de seu nome. O FP_Character prefab contém prefabs masculinos e femininos, cada um contendo dois braços, esquerda e direita.
   5. Adicione um novo Objeto de Jogo clicando com o botão direito do mouse na hierarquia e selecionando Criar Vazio. Nomeie o Ponto de Verificação de Objetos de Jogo.
   6. Baixe o ativo Da Boia Simples da Unity Asset Store e adicione o pré-fabricado da Boia à cena quando criança do Checkpoint. Duplicar o pré-fabricador da Boia clicando com o botão direito do mouse e selecionando Duplicata. Nomeie uma 'boia L' e a outra 'boia R', e coloque-as 4 unidades parte no eixo X ajustando a posição de transformação de cada uma como acima. Defina a localização para boia L em X=-2, Y=0 e Z=0, e localização para boia R em X=2, Y=0, Z=0.
      1. Na guia Inspetor para o objeto de jogo de checkpoint, selecione Adicionar componente | Física | Colisor de caixas. Em seguida, selecione Editar Colisor e desenhe o colisor entre as duas boias.
      2. Como acima, adicione o script Checkmark ao Objeto de Jogo de Checkpoint. O roteiro sai da cena assim que o Jogador entra nele (ou seja, nada pelas boias) e transita para a próxima cena.
4. Crie a terceira cena nova: Teste de onda ( Figura3) selecionando Arquivo | Salve Como enquanto ainda estiver na cena do Teste da Boia e renomeando-o.
   1. Exclua o Objeto do Jogo de Verificação clicando com o botão direito do mouse nele na Hierarquia e selecionando Excluir.
   2. Adicione um simples barco de madeira ao local baixando o antigo recurso Wooden Row Boat v2 da Unity Asset Store e adicione o barco pré-fabricado à cena. Ajuste a posição de transformação do barco acima de X=-12, Y=-0,16 e Z=14,66.
   3. Baixe o recurso Low Poly Animated People da Unity Asset Store e adicione o prefab Kid à cena. Duplicar o pré-fabricado kid como acima e criança tanto para o barco pré-fabricado, renomeando o Game Object to Boat com crianças, e localizando as duas crianças em cima dos dois assentos no barco.
   4. Como acima, adicione um Animador ao Barco com crianças Game Object, e grave uma animação do barco vagando lentamente ao redor da água, emulando um barco a remo lentamente se movendo ao redor.
   5. Navegue até o pré-fabricador do Jogador e seus filhos na janela Hierarquia e renomeie a mão esquerda para 'mão de onda'.
      1. Como acima, adicione um Animador à mão de onda e grave uma animação do braço e da mão movendo-se para cima e para baixo simulando uma onda de mão.
      2. Como acima, na guia Inspetor para o Objeto do Jogo do Jogador,adicione uma Fonte de Áudio com um clipe de áudio de uma mão espirrando na água, distinto do clipe de dois braços espirrando na água adicionada anteriormente.
      3. Como acima, adicione o script FemaleAnimate à mão de onda, para permitir que o participante do jogo controle a onda de mão usando os Controladores Oculus.
   6. Ajuste o texto no TextCanvas para ler 'Acenar para as pessoas no barco!', grave um arquivo de áudio lendo esse texto e defina-o para reproduzir no início da cena.
   7. Baseado no script PlayerMotor2, assim que o participante vê o barco e as ondas, Unity transita para a cena Rip Current.
5. Criar a quarta cena nova: Rip Current (Figura 4).
   1. Ajuste o texto no TextCanvas para ler 'Você está sendo retirado da costa!' e, como acima, grave um arquivo de áudio lendo esse texto, adicione-o ao TextCanvase defina-o para reproduzir no início da cena.
      NOTA: Não admisso que o participante esteja experimentando uma corrente de rasgo, a fim de simular com mais precisão ser pego inesperadamente em uma corrente de rasgo.
   2. Como acima, crie um novo Objeto de Jogo na hierarquia chamada rip_collider e adicione um Colisor de Caixa . Para usar rip_collider para emular uma corrente de rasgo como um canal estreito de fluxo que se estende da praia para o oceano, use a transformação para definir a posição para X, =251, Y=1, Z=251, e alterar a escala para X=8,2 e Z=35,7 para criar dimensões apropriadas. O script PlayerMotor2 também simula uma corrente de rasgo puxando constantemente o Jogador perpendicular (longe) da costa (ou seja, terreno de praia). Esta corrente de rasgo é uma força constante 1,25 vezes mais forte do que os movimentos normais de natação do jogador.
      1. Selecione GameObject | Efeitos | Sistema de partículas para adicionar um novo sistema de partículas, intitulado 'Rain Basic', e infantilidade para rip_collider. Um sistema de partículas emula entidades líquidas em 3D, como chuva e nuvens. O sistema de partículas é usado para simular água espuma, o que ajuda a demarcar uma corrente de rasgo na água do oceano. Para isso, na guia Inspetor, defina a posição de transformação para X=0, Y=3 e Z=0,97, e dimensione X=0,1 e Z=0,1, a fim de incorporar as partículas dentro do canal de corrente de rasgo.
   3. Como acima, use a guia Inspetor para adicionar o script RipExit ao objeto rip_collider jogo. O script registra se o Jogador escapa da Corrente de Rip (ou seja, sai do colisor rip_collider).
      NOTA: Conforme descrito na Tabela 1,o script PlayerMotor2 controla a maioria dos aspectos da cena Rip Current, saindo da cena e retornando à cena do Menu Principal assim que qualquer uma das seguintes condições for atendida:
      - Ondas de jogadores
      - Jogador sai rip_collider
      - A resistência atinge zero
      O script também escreve os resultados da interação do jogador na cena com um arquivo, usado para análise de dados posteriores sobre as interações gerais dos participantes com a corrente de rasgo.
6. Para construir o projeto final, selecione Arquivo | Construa configurações e garanta que todas as quatro cenas criadas sejam verificadas e na ordem adequada. Em seguida, selecione a plataforma PC, Mac & Linux Standalone e selecione Build. Isso solicitará uma janela de seleção para uma pasta de saída de compilação. Selecione uma pasta adequada (ou seja, 'Desktop') e, em seguida, construa. Isso criará um atalho de arquivo executável na pasta desejada intitulada 'Rip Current'.

2. Pesquise indivíduos com o vr rip jogo de vídeo atual

1. Abra o software 'Oculus' usando o atalho da área de trabalho e, em seguida, configure o hardware através do programa. Certifique-se de que o fone de ouvido, dois sensores e dois controladores estão todos aparecendo como verde(Figura 5).
   1. Determine um local de pesquisa e método de recrutamento. Neste estudo, foi utilizada amostragem de conveniência. Os pesquisadores visitaram uma praia pública duas vezes por semana durante oito semanas durante julho e agosto e solicitaram potenciais participantes enquanto caminhavam ao longo do passeio pela praia. Além de ter pelo menos 16 anos de idade, não havia outro requisito além da vontade de participar.
2. Administrar a parte da pesquisa um (formulário de consentimento e questões demográficas) em um iPad separado.
3. Entregue os controladores VR ao participante e certifique-se de que eles estão segurando-os corretamente nas mãos corretas, e são familiares/confortáveis com os controles e, em seguida, coloque o fone de ouvido no participante.
4. Selecione e execute o atalho Rip Current da Área de Trabalho.
5. Permita que o participante prossiga através da simulação, fornecendo coaching/aconselhamento somente quando necessário. Eles devem completar a cena principal da corrente de rasgo por conta própria.
6. Assim que terminarem, remova o fone de ouvido e inicie a segunda parte da pesquisa, a parte da entrevista.
7. Conecte um microfone em um tablet e comece a gravar. Faça perguntas sobre conhecimento prévio e experiência com correntes de rasgo e a eficácia da simulação atual de rasgo em demonstrar as ações adequadas a tomar, bem como a classificação de seu realismo e natureza imersiva.
8. Uma vez que a entrevista esteja completa, pare de gravar, agradeça ao participante e forneça compensação conforme desejado. Salve o arquivo de entrevista com nome correspondente à data e número do jogador conforme registrado na cena Rip Current.

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Resultados

A pesquisa vr rip atual de videogame foi realizada em julho e agosto de 2019 em Long Island na cidade de Hempstead Beach em Point Lookout, Nova York (resultados detalhados podem ser encontrados na Tabela Suplementar 1-3). 64 indivíduos jogaram o jogo e responderam à pesquisa, com 60 escapando da corrente de rasgo e 4 afogamentos (ou seja, a resistência chegou a zero). Entre os 60 que escaparam, 51 saíram acenando para pedir ajuda, e 9 o fizeram nadando fisicamente para fora do rasgo. Dado que a maior...

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Discussão

A análise preliminar dos resultados da pesquisa de acompanhamento demonstra que o videogame vr rip atual foi geralmente eficaz em retratar com precisão o risco e demonstrar ações adequadas a serem tomadas de forma envolvente e memorável. Os respondentes às perguntas da escala Likert indicaram que a simulação vr resultou em que eles se sentiam mais preparados do que não para uma corrente de rasgo e também que era bastante imersivo. Além disso, os resultados da escolha de uma das seis breves declarações mostra...

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dell 17.3" Alienware 17 R5 Laptop	Dell		PC for virtual reality development
Oculus Rift S	Oculus		Virtual reality headset